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“锂电池”获诺奖:创造了一个更清洁的世界

  科普之家

  

  锂离子电池的发明和应用,使得人们可以进入一个可持续发展并且更清洁的社会,因为锂离子电池奠定了无线、无化石燃料社会的基础。

  当地时间10月9日,瑞典皇家科学院宣布,约翰·B·古迪纳夫(John B. Goodenough)、斯坦利·威廷汉(M.Stanley Whittingham)和吉野彰(Akira Yoshino)三位科学家获得2019年诺贝尔化学奖,以表彰他们在“开发锂离子电池”方面做出的贡献。

  三位科学家分别来自美英日,他们对锂电池做了极为重要的工作。古迪纳夫将锂电池的潜力提高了一倍,为功能更强大、更有用的电池创造了合适条件;威廷汉在开发首个功能性锂电池时,利用了锂的巨大动力来释放其外部电子;吉野彰则成功从电池中去除了纯锂,取而代之的是比纯锂更安全的锂离子。

  锂离子电池是一种重量轻、可再充电,而且功能强大的电池,今天已经广泛应用于从手机到笔记本电脑和电动汽车的各个领域。而且,它还可以储存来自太阳能和风能的大量能源。

  当全世界的人都使用以锂离子电池作为动力的电器和IT终端设备时,人们的生活势必会发生翻天覆地的变化。

  这种改变的标志,其实就是让人类社会迈入生态文明的门槛。锂离子电池的发明和应用,使得人们可以进入一个可持续发展并且更清洁的社会,因为锂离子电池奠定了无线、无化石燃料社会的基础。

  锂电池发明者获得诺贝尔化学奖也表明,能够造福于人类社会和自然环境的实用性成果,同样能获得诺贝尔奖的垂青。

  正是因为有了古迪纳夫的理论和其发明的锂电池中的重要部件——钴氧化物阴极(钴酸锂,现在全世界的便携电子设备都采用这种阴极),以及威廷汉、吉野彰的锂离子电池的实用性研发,才让锂离子电池成为千家万户都在使用的平凡、廉价和实用的能源动力。

  锂离子电池的获奖也表明,现代科研成果既需要多学科合作,还需要逐步完善。

  吉野彰设计的锂离子电池以碳基材料为阳极,以钴酸锂为阴极,完全去除电池中的金属锂,大大提高了安全性,并由此确立了锂离子电池的基本概念和技术范式。

  随着全球可再生能源和清洁能源使用量的迅速增长,基于锂离子电池的储能应用还会越来越广泛。但同时,锂离子电池的广泛使用也提出了另一个挑战,如何回收废弃的锂离子电池。如果处理不当,其反而会污染环境。锂离子电池具有化学和电气双重风险,目前被归类为第9类危险品。

  目前废弃锂离子电池通常来自手机、笔记本电脑和其他电子产品,而且常与其他类型的电池混杂在一起。此外,市场上的锂离子电池至少存在14种不同类型的阴极材料,对回收、储存和运输都提出了重大挑战,需要更为安全的技术和操作。

  只有解决了锂离子电池在回收方面的可扩展性、低成本、安全性和环境可持续性,才可能从碳基经济向可持续能源转型,并减少化石燃料的使用和大量减少温室气体排放。

  另一方面,目前的锂离子电池所装备的电动汽车,还无法与烧化石燃料的传统内燃机汽车竞争,尤其是价格。因此,还需要在锂离子电池的基础上研发出超级电池。或许这也是2019年诺贝尔化学奖对锂离子电池研究的一种驱动吧。

  □张田勘(专栏作者)

  

 

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